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机器人 特种机器人

国内外特种机器人产业发展现状

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牛金凤
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2022-03-07

近年来,全球特种机器人性能持续提升,智能化不断升级。随着特种机器人的智能性和对环境的适应性不断增强,其在军事、防暴、消防、采掘、建筑、交通运输、安防监测、空间探索、防爆、管道建设等众多领域的应用前景也越来越广阔。

一、全球特种机器人发展现状

所谓特种机器人,是指除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人,包括服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人等。相对于工业机器人的大规模应用与服务机器人的热潮迭起,特种机器人一直都显得颇为“低调”。

然而出人意料的是,2017年,全球特种机器人市场规模已达到了56亿美元,按照年均增速12%来算,至2020年全球特种机器人市场规模将达77亿美元。

2017年全球机器人市场结构(亿美元)

近年来,全球特种机器人整机性能持续提升,不断催生新兴市场,引起各国政府高度关注。至2020年,预计全球特种机器人市场规模将达77亿美元,2016-2020年的年均增速12%。其中,美国、日本和欧盟在特种机器人创新和市场推广方面全球领先。美国提出“机器人发展路线图”,计划将特种机器人列为未来15年重点发展方向。日本提出“机器人革命”战略,涵盖特种机器人、新世纪工业机器人和服务机器人三个主要方向,计划至2020年实现市场规模翻番,扩大至12万亿日元,其中特种机器人将是增速最快的领域。欧盟启动全球最大民用机器人研发项目,计划到2020年投入28亿欧元,开发包括特种机器人在内的机器人产品并迅速推向市场。

2012-2020年全球特种机器人销售额及增长率

▶ 技术进步促进智能水平大幅提升。当前特种机器人应用领域的不断拓展,所处的环境变得更为复杂与极端,传统的编程式、遥控式机器人由于程序固定、响应时间长等问题,难以在环境迅速改变时作出有效的应对。随着传感技术、仿生与生物模型技术、生机电信息处理与识别技术不断进步,特种机器人已逐步实现“感知-决策-行为-反馈”的闭环工作流程,具备了初步的自主智能,与此同时,仿生新材料与刚柔耦合结构也进一步打破了传统的机械模式,提升了特种机器人的环境适应性。

▶ 替代人类在更多特殊环境中从事危险劳动。当前特种机器人已具备一定水平的自主智能,通过综合运用视觉、压力等传感器,深度融合软硬系统,以及不断优化控制算法,特种机器人已能完成定位、导航、避障、跟踪、二维码识别、场景感知识别、行为预测等任务。例如,波士顿动力公司已发布的两轮机器人Handle,实现了在快速滑行的同时进行跳跃的稳定控制。随着特种机器人的智能性和对环境的适应性不断增强,其在军事、防暴、消防、采掘、建筑、交通运输、安防监测、空间探索、防爆、管道建设等众多领域都具有十分广阔的应用前景。

▶ 救灾、仿生、载人等领域获得高度关注。近年来全球多发的自然灾害、恐怖活动、武力冲突等对人们的生命财产安全构成了极大的威胁,为提高危机应对能力,减少不必要的伤亡以及争取最佳救援时间,各国政府及相关机构投入重金加大对救灾、仿生、载人等特种机器人的研发支持力度,如日本研究人员在开发的救灾机器人的基础上,创建了一个可远程操控的双臂灾害搜救建筑机器人。与此同时,日本软银集团收购了谷歌母公司Alpahbet旗下的两家仿生机器人公司波士顿动力和Schaft,韩国机器人公司“韩泰未来技术”花费2.16亿美元打造出“世界第一台”载人机器人。

▶ 无人机广受各路资本追捧。近年来,无人机在整机平台制造、飞控和动力系统等方面都取得了较大进步。无人机产业发展呈现爆发增长的态势,市场空间增长迅速,无人机已成为各路资本关注的重点。如Snap收购无人机初创公司Ctrl Me Robotics,卡特彼勒集团战略投资了美国无人机服务巨头Airware,英特尔收购了德国无人机软件和硬件制造商MAVinci。

二、我国特种机器人发展现状

当前,我国特种机器人市场保持较快发展,各种类型产品不断出现,在应对地震、洪涝灾害和极端天气,以及矿难、火灾、安防等公共安全事件中,对特种机器人有着突出的需求。2016年,我国特种机器人市场规模达到6.3亿美元,增速达到16.7%,略高于全球特种机器人增速。其中,军事应用机器人、极限作业机器人和应急救援机器人市场规模分别为4.8亿美元、1.1亿美元和0.4亿美元,其中极限作业机器人是增速最快的领域。随着我国企业对安全生产意识的进一步提升,将逐步使用特种机器人替代人在高危场所和复杂环境中进行作业。到2020年,特种机器人的国内市场需求有望达到12.4亿美元。

2017年我国机器人市场结构(亿美元)2012-2020年我国特种机器人销售额及增长率

国家扶持带动特种机器人技术水平不断进步。我国政府高度重视特种机器人技术研究与开发,并通过863计划、特殊服役环境下作业机器人关键技术主题项目及深海关键技术与装备等重点专项予以支持。目前,在反恐排爆及深海探索领域部分关键核心技术已取得突破,例如室内定位技术、高精度定位导航与避障技术,汽车底盘危险物品快速识别技术已初步应用于反恐排爆机器人。与此同时,我国先后攻克了钛合金载人舱球壳制造、大深度浮力材料制备、深海推进器等多项核心技术,使我国在深海核心装备国产化方面取得了显著进步。

▶ 特种无人机、水下机器人等研制水平全球领先。目前,在特种机器人领域,我国已初步形成了特种无人机、水下机器人、搜救/排爆机器人等系列产品,并在一些领域形成优势。例如,中国电子科技集团公司研究开发了固定翼无人机智能集群系统,成功完成119架固定翼无人机集群飞行试验。我国中车时代电气公司研制出世界上最大吨位深水挖沟犁,填补了我国深海机器人装备制造领域空白;新一代远洋综合科考船“科学”号搭载的缆控式遥控无人潜水器“发现”号与自治式水下机器人“探索”号在南海北部实现首次深海交会拍摄。

三、龙头企业发展正当时

在政府的大力支持下,不少企业、研究机构想要搭上政策的红利,纷纷上马机器人项目,工业机器人领域竞争尤为激烈。尽管一些企业可以通过购买零部件和车间组装出厂的模式在短期内做出一些成果,但在精确度、机器运转等方面较国外知名机器人生产企业依然较差。此时,相对冷门的特种机器人研发生产,不仅凸显出了产业优势,还填补了国内的市场。

不过,由于特种机器人自身应用场景的特殊性和多样性,其一方面面临着技术和市场的双重挑战,另一方面,也对进入企业的自身提出了种种要求。

值得庆幸的是,目前国内的中信重工已避开服务机器人、工业机器人等竞争“红海”,以独特的技术优势,进入基于特殊工况和高危环境的特种机器人产业,寻找出了一条独具特色的差异化发展之路。去年,中信重工的机器人及智能装备产业板块实现了爆发性增长,已经成为公司新的、最大的利润增长点。

● 特种机器人技术国际先进

走进中信重工伊滨高端制造工业园,园区内环境优美安静,车间内却是机器的隆隆声响。在高端电液智能装备产业基地车间内,生产线上正在组装十几台身着红色外衣的特种消防机器人。中信重工的特种消防灭火侦察机器人,是唯一获得国内防爆认证和消防认证的机器人,适用于石油、化工、燃气、电力、仓储等易燃易爆环境的消防救援工作。

不远处,几台最新研发的排爆机器人、铁路车辆列检机器人、微型消防站灭火机器人、轮式防爆巡检机器人、水下机器人整齐列队,展现出中信重工机器人产业的蓬勃发展之势。

中信重工作为国内较早进入特种机器人研制领域的企业,通过自主研发,拥有了履带式机器人平台、水下机器人平台、巡检机器人平台、管道机器人平台、钻孔探测机器人平台等五大平台20余种机器人产品,多项技术成果填补国内空白,达到国际先进水平。

● 产业基地全国布局

凭借特种机器人的强大技术研发实力,中信重工机器人版图再次扩大。4月6日,中信重工乌鲁木齐特种机器人产业基地首批生产的50台消防灭火侦察机器人,交付甘泉堡公安消防部门。这意味着,中信重工乌鲁木齐特种机器人产业基地正式建成投产。

该产业基地项目自去年12月签约落户甘泉堡经济技术开发区以来,仅用时3个月就完成了项目建设并投产运营。根据规划,乌鲁木齐特种机器人产业基地主要开发生产消防灭火侦察机器人、危险场站巡检机器人、铁路车辆列检机器人、水下机器人等特种机器人,广泛应用于消防、市政、电力、矿山、石化等行业。项目投产后,预计今年可达产300台,3年达产1000台。未来,这里将打造成新疆最大的特种机器人制造基地。

2017年,继唐山开诚、洛阳本部、江苏徐州、山东东营后,中信重工接连布局江西共青城、广东台山、浙江柯桥、陕西渭南、湖南永州、重庆、浙江宁波、新疆甘泉堡、浙江余姚等地,特种机器人版图进一步扩大。

● 智能化工厂呼之欲出

在洛阳伊滨区,依托国家“特种机器人制造智能化工厂”项目,中信重工对特种机器人生产线进行智能化改造。在产品设计、制造、检测、物流等产品全生命周期内,所有环节都将实现智能化、自动化。

项目投产后,预计生产效率可提高30%,能源利用率提高20%,运营成本降低30%,产品不良品率降低30%,产品研制周期缩短50%。未来,以智能化改造为核心的技术升级,将在中信重工实现全覆盖。

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